CN113241760A - 柔性多状态开关两阶段鲁棒规划方法及相关设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种柔性多状态开关两阶段鲁棒规划方法及相关设备。本发明通过根据待接入柔性多状态开关的主动配电网的覆盖面积和单个柔性多状态开关的最大供电覆盖面积，确定柔性多状态开关在该配电网中的最大接入个数；再通过配电网中的馈线数量及柔性多状态开关的最大接入个数确定馈线的接入端口数组合方案，结合两层规划法对节点的综合灵敏度以及连接电缆在路网中的敷设走向，确定每个柔性多状态开关的接入节点和安装位置。最后根据新能源发电出力和负荷出力的不确定性，优化求解各端口数组合方案中柔性多状态开关的容量的两阶鲁棒模型。本发明技术方案提升了柔性多状态开关调控功率能力及实用性。

Description

柔性多状态开关两阶段鲁棒规划方法及相关设备
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及柔性多状态开关两阶段鲁棒规划方法及相关设备。
背景技术
随着新能源发电在配电网中的渗透率不断提高，常见的风力发电和光伏发电受天气影响较大，其出力呈现出波动性和不确定性。传统配电网由于其调控方式少、反应速度慢，难以有效应对此类挑战。因此，传统配电网逐渐发展为包含柔性多状态开关、储能装置、无功补偿装置等主动调控设备的主动配电网。目前柔性多状态开关配置规划主要集中于接入节点和容量的规划，且位置多以替代联络开关为主，无法充分发挥其优化调控功率的能力。
上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。
发明内容
本发明的主要目的在于提供柔性多状态开关两阶段鲁棒规划方法及相关设备，旨在解决现有技术中柔性多状态开关调控功率能力不高的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供一种柔性多状态开关两阶段鲁棒规划方法，所述柔性多状态开关两阶段鲁棒规划方法包括以下步骤：
获取待接入柔性多状态开关的主动配电网的覆盖面积和单个柔性多状态开关的最大供电覆盖面积；
根据所述主动配电网的覆盖面积和单个柔性多状态开关的最大供电覆盖面积确定柔性多状态开关在该配电网中的最大接入个数；
获取配电网中的馈线数量，根据所述馈线数量及柔性多状态开关的最大接入个数确定馈线的接入端口数组合方案；
根据接入端口数组合方案，结合两层规划法对节点的综合灵敏度以及连接电缆在路网中的敷设走向，确定每个柔性多状态开关的接入节点和安装位置；
根据新能源发电出力和负荷出力的不确定性，优化求解各端口数组合方案中柔性多状态开关的容量的两阶鲁棒模型。
优选地，所述根据所述主动配电网的覆盖面积和单个柔性多状态开关的最大供电覆盖面积确定柔性多状态开关在该配电网中的最大接入个数，包括：
将主动配电网的覆盖面积除以单个柔性多状态开关的最大供电覆盖面积，将比值向下取整得到第一接入个数初值；
获取所述最大供电覆盖面积允许接入的最大个数，与所述第一接入个数初值进行比较，将较小的值作为最终的柔性多状态开关在该配电网中的最大接入个数。
优选地，所述根据接入端口数组合方案，结合两层规划法对节点的综合灵敏度以及连接电缆在路网中的敷设走向，确定每个柔性多状态开关的接入节点和安装位置，包括：
计算接入端口数组合方案中每个柔性多状态开关的接入节点的有功损耗对有功功率的第一灵敏度，及节点电压对节点无功功率的第二灵敏度；
对第一灵敏度和第二灵敏度进行归一化得到节点综合灵敏度；
以节点综合灵敏度互补为原则，确定每种端口数组合方案下的接入节点组合；
针对每个接入节点组合，结合路网参数，计算每两个接入节点间的曼哈顿距离，当该曼哈顿距离大于两倍最长电缆长度时，去除该节点组合；
针对剩余接入节点组合，将接入节点至柔性多状态开关间的连接电缆分为柔性多状态开关待建区域外和区域内两部分；
针对区域外的电缆，构建最短路径问题，采用Floyd算法求解，确定柔性多状态开关的安装位置；针对区域内的电缆，构建以区域内电缆长度之和最小为目标的模型，确定柔性多状态开关的安装位置；
根据预设目标函数对柔性多状态开关的安装位置进行优化，确定每种端口数组合方案下的最优接入节点和安装位置。
优选地，所述根据新能源发电出力和负荷出力的不确定性，优化求解各端口数组合方案中柔性多状态开关的容量的两阶鲁棒模型，包括：
获取新能源发电出力和负荷出力的网络参数；
根据网络参数构建确定性模型；
引入不确定变量，将所述确定性模型转换为以矩阵形式表示的两阶段鲁棒模型；
采用列与约束生成算法将两阶段鲁棒模型分解为主问题和子问题，迭代求解得到最优值。
为实现上述目的，本发明还提出一种设备，所述设备包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行柔性多状态开关两阶段鲁棒规划程序，所述柔性多状态开关两阶段鲁棒规划程序被所述处理器执行时实现如上所述的柔性多状态开关两阶段鲁棒规划方法的步骤。
为实现上述目的，本发明还提出一种存储介质，所述存储介质上存储有柔性多状态开关两阶段鲁棒规划程序，所述柔性多状态开关两阶段鲁棒规划程序被处理器执行时实现如上所述的柔性多状态开关两阶段鲁棒规划方法的步骤。
为实现上述目的，本发明还提出一种柔性多状态开关两阶段鲁棒规划装置，所述柔性多状态开关两阶段鲁棒规划装置包括：
获取模块，用于获取待接入柔性多状态开关的主动配电网的覆盖面积和单个柔性多状态开关的最大供电覆盖面积；
最大接入个数计算模块，用于根据所述主动配电网的覆盖面积和单个柔性多状态开关的最大供电覆盖面积确定柔性多状态开关在该配电网中的最大接入个数；
组合方案确认模块，用于获取配电网中的馈线数量，根据所述馈线数量及柔性多状态开关的最大接入个数确定馈线的接入端口数组合方案；
规划模块，用于根据接入端口数组合方案，结合两层规划法对节点的综合灵敏度以及连接电缆在路网中的敷设走向，确定每个柔性多状态开关的接入节点和安装位置；
优化模块，用于根据新能源发电出力和负荷出力的不确定性，优化求解各端口数组合方案中柔性多状态开关的容量的两阶鲁棒模型。
本发明通过根据待接入柔性多状态开关的主动配电网的覆盖面积和单个柔性多状态开关的最大供电覆盖面积，确定柔性多状态开关在该配电网中的最大接入个数；再通过配电网中的馈线数量及柔性多状态开关的最大接入个数确定馈线的接入端口数组合方案，结合两层规划法对节点的综合灵敏度以及连接电缆在路网中的敷设走向，确定每个柔性多状态开关的接入节点和安装位置。最后根据新能源发电出力和负荷出力的不确定性，优化求解各端口数组合方案中柔性多状态开关的容量的两阶鲁棒模型。由于本发明技术方案考虑新能源波动的主动配电网混合路网中的柔性多状态开关两阶段鲁棒规划方法，综合考虑主动配电网和路网结构，考虑新能源出力和负荷出力的不确定性波动，综合配置规划柔性多状态开关的接入个数、端口数、接入节点、安装位置、连接电缆走向以及容量，提升了柔性多状态开关调控功率能力及实用性。
附图说明
图1是本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的设备结构示意图；
图2是本发明实施例方案中柔性多状态开关的拓扑结构图；
图3为本发明柔性多状态开关两阶段鲁棒规划方法第一实施例的流程示意图；
图4为图3中步骤S20的细化流程示意图；
图5为图3中步骤S40的细化流程示意图；
图6为图3中步骤S50的细化流程示意图；
图7为发明柔性多状态开关两阶段鲁棒规划装置的功能模块图；
图8为IEEE33节点配电网混合路网的网架结构图；
图9为粗筛举例结果图；
图10为细筛举例结果图；
图11为光伏发电运行容量曲线图；
图12为风力发电运行容量曲线图；
图13a为端口数组合方案1结果图；
图13b为端口数组合方案2结果图；
图13c为端口数组合方案3结果图；
图13d为端口数组合方案4结果图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合图1-图13d描述本发明的技术方案。
图1示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图1所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)810、通信接口(Communications Interface)820、存储器(memory)830和通信总线840，其中，处理器810，通信接口820，存储器830通过通信总线840完成相互间的通信。处理器810可以调用存储器830中的逻辑指令，以执行柔性多状态开关两阶段鲁棒规划方法，该方法包括：
获取待接入柔性多状态开关的主动配电网的覆盖面积和单个柔性多状态开关的最大供电覆盖面积；
根据所述主动配电网的覆盖面积和单个柔性多状态开关的最大供电覆盖面积确定柔性多状态开关在该配电网中的最大接入个数；
获取配电网中的馈线数量，根据所述馈线数量及柔性多状态开关的最大接入个数确定馈线的接入端口数组合方案；
根据接入端口数组合方案，结合两层规划法对节点的综合灵敏度以及连接电缆在路网中的敷设走向，确定每个柔性多状态开关的接入节点和安装位置；
根据新能源发电出力和负荷出力的不确定性，优化求解各端口数组合方案中柔性多状态开关的容量的两阶鲁棒模型。
优选地，所述根据所述主动配电网的覆盖面积和单个柔性多状态开关的最大供电覆盖面积确定柔性多状态开关在该配电网中的最大接入个数，包括：
将主动配电网的覆盖面积除以单个柔性多状态开关的最大供电覆盖面积，将比值向下取整得到第一接入个数初值；
获取所述最大供电覆盖面积允许接入的最大个数，与所述第一接入个数初值进行比较，将较小的值作为最终的柔性多状态开关在该配电网中的最大接入个数。
优选地，所述根据接入端口数组合方案，结合两层规划法对节点的综合灵敏度以及连接电缆在路网中的敷设走向，确定每个柔性多状态开关的接入节点和安装位置，包括：
计算接入端口数组合方案中每个柔性多状态开关的接入节点的有功损耗对有功功率的第一灵敏度，及节点电压对节点无功功率的第二灵敏度；
对第一灵敏度和第二灵敏度进行归一化得到节点综合灵敏度；
以节点综合灵敏度互补为原则，确定每种端口数组合方案下的接入节点组合；
针对每个接入节点组合，结合路网参数，计算每两个接入节点间的曼哈顿距离，当该曼哈顿距离大于两倍最长电缆长度时，去除该节点组合；
针对剩余接入节点组合，将接入节点至柔性多状态开关间的连接电缆分为柔性多状态开关待建区域外和区域内两部分；
针对区域外的电缆，构建最短路径问题，采用Floyd算法求解，确定柔性多状态开关的安装位置；针对区域内的电缆，构建以区域内电缆长度之和最小为目标的模型，确定柔性多状态开关的安装位置；
根据预设目标函数对柔性多状态开关的安装位置进行优化，确定每种端口数组合方案下的最优接入节点和安装位置。
优选地，所述根据新能源发电出力和负荷出力的不确定性，优化求解各端口数组合方案中柔性多状态开关的容量的两阶鲁棒模型，包括：
获取新能源发电出力和负荷出力的网络参数；
根据网络参数构建确定性模型；
引入不确定变量，将所述确定性模型转换为以矩阵形式表示的两阶段鲁棒模型；
采用列与约束生成算法将两阶段鲁棒模型分解为主问题和子问题，迭代求解得到最优值。
此外，上述的存储器830中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
基于上述硬件结构，提出本发明柔性多状态开关两阶段鲁棒规划方法的实施例。
参照图3，图3为本发明柔性多状态开关两阶段鲁棒规划方法第一实施例的流程示意图。
在第一实施例中，所述柔性多状态开关两阶段鲁棒规划方法包括以下步骤：
步骤S10：获取待接入柔性多状态开关的主动配电网的覆盖面积和单个柔性多状态开关的最大供电覆盖面积。参照图2，柔性多状态开关是一种安装在主动配电网中、连接两条或多条馈线并调整馈线间功率流动的新型电力电子装置。柔性多状态开关作为提升配电网运行控制效能的重要调控手段。以电缆最长敷设长度为半径，计算单个柔性多状态开关所能覆盖的最大面积。VSC1和VSC2均为电压源换流器。
步骤S20：根据所述主动配电网的覆盖面积和单个柔性多状态开关的最大供电覆盖面积确定柔性多状态开关在该配电网中的最大接入个数。
参照图4，本实施例中，步骤S20具体包括如下步骤：
步骤S201：将主动配电网的覆盖面积除以单个柔性多状态开关的最大供电覆盖面积，将比值向下取整得到第一接入个数初值。可以理解的是，例如比值为8.6，向下取整得到比值为8。
步骤S202：获取所述最大供电覆盖面积允许接入的最大个数，与所述第一接入个数初值进行比较，将较小的值作为最终的柔性多状态开关在该配电网中的最大接入个数。需要说明的是，考虑到柔性多状态开关前期投资建设成本较高，因此需设置该地区允许接入的最大个数，与第一接入个数初值比较，较小的值作为最终的柔性多状态开关最大接入个数。
步骤S30：获取配电网中的馈线数量，根据所述馈线数量及柔性多状态开关的最大接入个数确定馈线的接入端口数组合方案。本实施例中的端口数组合方案，即是以配电网的馈线条数作为所有柔性多状态开关的端口数总和的最大值，保证在理想情况下每条馈线有且仅有一个柔性多状态开关端口接入，同时结合最大接入个数，确定端口数组合方案。
步骤S40：根据接入端口数组合方案，结合两层规划法对节点的综合灵敏度以及连接电缆在路网中的敷设走向，确定每个柔性多状态开关的接入节点和安装位置。
参照图5，本实施例中，步骤S40具体包括如下步骤：
步骤S401：计算接入端口数组合方案中每个柔性多状态开关的接入节点的有功损耗对有功功率的第一灵敏度，及节点电压对节点无功功率的第二灵敏度；
步骤S402：对第一灵敏度和第二灵敏度进行归一化得到节点综合灵敏度。
步骤S403：以节点综合灵敏度互补为原则，确定每种端口数组合方案下的接入节点组合。
步骤S404：针对每个接入节点组合，结合路网参数，计算每两个接入节点间的曼哈顿距离，当该曼哈顿距离大于两倍最长电缆长度时，去除该节点组合。
步骤S405：针对剩余接入节点组合，将接入节点至柔性多状态开关间的连接电缆分为柔性多状态开关待建区域外和区域内两部分。
步骤S406：针对区域外的电缆，构建最短路径问题，采用Floyd算法求解，确定柔性多状态开关的安装位置；针对区域内的电缆，构建以区域内电缆长度之和最小为目标的模型，确定柔性多状态开关的安装位置。
步骤S407：根据预设目标函数对柔性多状态开关的安装位置进行优化，确定每种端口数组合方案下的最优接入节点和安装位置。
现结合具体实施例对步骤S401至步骤S407作进一步说明：
①、以柔性多状态开关最大接入个数决定的端口数组合方案为基础，选取方案i，初始i＝1；
②、计算每个节点的有功损耗对节点有功功率的第一灵敏度和节点电压对节点无功功率的第二灵敏度，在对第一灵敏度和第二灵敏度的平方求和再开根号，归一化到[-1,1]范围内，得到节点综合灵敏度；
③、以下面(1)式作为目标函数，优化方案i中的最优接入节点组合和安装位置；
Figure BDA0003071380430000091
式中，NFMS表示柔性多状态开关的接入个数，
Figure BDA0003071380430000092
表示端口数为j的柔性多状态的个数，δi表示节点i的综合灵敏度，
Figure BDA0003071380430000093
表示第k个柔性多状态开关所连节点集合，
Figure BDA0003071380430000094
第k个柔性多状态开关所连电缆集合，
Figure BDA0003071380430000095
表示第k个柔性多状态开关所连第c条电缆的长度，lel表示电缆的极限长度。
④、以灵敏度互补为原则，生成所有可能的接入节点组合；
⑤、粗筛，对于每个接入节点组合，计算每两个节点间在路网中的曼哈顿距离，比较是否大于两倍连接电缆的极限长度，若是，则去除该组合，否则保留；
⑥、细筛，判断每个接入节点组合中每两个节点的极限圆是否和柔性多状态开关初始规划可接入区域存在交集，之后若存在交集则判断该交集中是否存在与路网相交的节点，若存在，则相交的路网节点即为连接电缆可能经过的节点，与初始可接入区域的交集记为可接入区域；
⑦、针对剩余的接入节点组合，采用Floyd算法求解两两接入节点之间在路网中的最短电缆敷设距离，判断各电缆走向是否存在交集，若存在交集，判断该交集是否和可接入区域存在交集，，将连接电缆分为可接入区域外长度和区域内长度，可接入区域外长度为已知起点和终点的最短路径规划问题，采用Floyd算法求解；
⑧、对于和可接入区域存在交集的接入节点组合，调整FMS的安装位置，使得各接入节点至FMS安装位置的连接电缆长度不超过规定长度，若调整后可满足要求，则可输出该接入节点组合的FMS安装位置和电缆走向及长度之和，若不满足，则舍弃该接入节点组合；
⑨、记录每个接入节点组合的灵敏度以及电缆长度之和，根据式(1)计算每个接入节点组合的目标函数值，确定端口数组合方案i的最优接入节点方案；
⑩、i＝i+1，返回步骤一，直至所有端口数组合方案计算完毕。
图8为本发明实施例IEEE33节点配电网混合路网的网架结构图，其中虚线较细线条表示配电网中电缆走向，实线较粗线条表示路网中的道路，阴影矩形区域为柔性多状态开关初始规划可接入区域。
图9为本发明实施例粗筛举例结果图，以两组接入节点组合为例，分别为节点25和节点18、节点25和节点26，实线圆半径为连接电缆极限长度，该圆称为极限圆，细点画线为接入节点间的曼哈顿距离，明显可以看出节点25和节点18该组合不符合要求，去除；而另一组符合，保留。
图10为本发明实施例细筛举例结果图，以图5的节点25和节点26组合为例，两极限圆分别与区域A和区域C存在交集，即为点画线四边形部分，而与区域C的交集部分显然与路网不存在交集，而区域A的交集部分与路网存在交点，即a5，那么保留区域A中的点画线四边形部分作为柔性多状态开关的可接入区域，a5为连接电缆进出所经历的路网节点。
步骤S50：根据新能源发电出力和负荷出力的不确定性，优化求解各端口数组合方案中柔性多状态开关的容量的两阶鲁棒模型。
参照图6，本实施例中，步骤S50具体包括如下步骤：
步骤S501：获取新能源发电出力和负荷出力的网络参数；
步骤S502：根据网络参数构建确定性模型；
步骤S503：引入不确定变量，将所述确定性模型转换为以矩阵形式表示的两阶段鲁棒模型；
步骤S504：采用列与约束生成算法将两阶段鲁棒模型分解为主问题和子问题，迭代求解得到最优值。
先结合具体实施例对步骤S501至步骤S504作进一步说明：
①、选取端口数组合方案i的最优接入节点和安装位置，初始i＝1；
②、根据网络参数构建确定性模型，其中，目标函数如下所示：
min f＝fINV+fOM＝CI+(CO+CL+CE) (2)
Figure BDA0003071380430000111
Figure BDA0003071380430000112
Figure BDA0003071380430000113
Figure BDA0003071380430000114
式中，fINV和fOM分别为投资费用函数和运维费用函数，CI、CO、CL和CE分别为投资费用、运行费用、损耗费用和购电费用，CI FMS和CI cable分别为柔性多状态开关和电缆的投资费用，ω1和ω2分别为柔性多状态开关和电缆投资费用等年值系数，NFMS为柔性多状态开关个数，
Figure BDA0003071380430000115
为第i个FMS的端口数，
Figure BDA0003071380430000116
为第i个FMS的第j个端口的容量模块个数，sFMS为FMS单位模块容量，
Figure BDA0003071380430000117
为FMS单位容量投资费用，
Figure BDA0003071380430000118
为第i个FMS所连电缆根数，
Figure BDA0003071380430000119
为第i个FMS所连第j根电缆的长度，
Figure BDA00030713804300001110
为电缆单位长度投资费用；
Figure BDA00030713804300001111
和
Figure BDA00030713804300001112
分别为FMS和电缆的运行费用系数，NT为典型日内时段数，ΩPVS、ΩWTG、ΩESS和ΩSVC分别为光伏发电、风电、储能装置和无功补偿装置的接入节点集合，
Figure BDA00030713804300001113
Figure BDA00030713804300001114
和
Figure BDA00030713804300001115
为节点i所连光伏发电系统、风电系统、储能装置和无功补偿装置的容量，
Figure BDA00030713804300001116
和
Figure BDA00030713804300001117
分别为光伏发电系统、风电系统、储能装置和无功补偿装置的单位容量运行费用，Δt为单位时段时长；I′ij,t为支路ij的电流平方，rij为支路ij的电阻，
Figure BDA0003071380430000121
为t时刻第i个FMS所连第j个端口的损耗，closs为单位损耗的费用；
Figure BDA0003071380430000122
和
Figure BDA0003071380430000123
分别为向上级电网购电单价、风电和光伏发电购电单价，Pgrid,t、
Figure BDA0003071380430000124
和
Figure BDA0003071380430000125
分别为t时刻购电量、t时刻节点i所连光伏发电和风电的有功功率。
对于约束条件，此处选取了FMS作为有功和无功功率调节方式，储能系统(Energystorage system,ESS)作为有功功率调节方式，光伏系统(Photovoltaic system,PVS)、风电系统(Wind turbine generation,WTG)和静态无功补偿装置(Static Var compensator,SVC)作为无功功率调节方式，约束条件的数学表达式如下所示(其中PVS和WTG的相关约束在下文中描述)：
FMS运行约束：
Figure BDA0003071380430000126
Figure BDA0003071380430000127
Figure BDA0003071380430000128
Figure BDA0003071380430000129
Figure BDA00030713804300001210
式中，
Figure BDA00030713804300001211
和
Figure BDA00030713804300001212
为t时刻第i个FMS所连第j个端口的有功和无功功率，
Figure BDA00030713804300001213
为第i个FMS所连第j个端口的损耗系数，mmax为容量模块最大接入个数。
ESS运行约束：
Figure BDA00030713804300001214
Figure BDA0003071380430000131
Figure BDA0003071380430000132
Figure BDA0003071380430000133
Figure BDA0003071380430000134
Figure BDA0003071380430000135
式中，
Figure BDA0003071380430000136
和
Figure BDA0003071380430000137
分别为t时刻节点i所连ESS的充放电标志，为0-1变量，
Figure BDA0003071380430000138
和
Figure BDA0003071380430000139
分别为t时刻节点i所连ESS的充放电功率，
Figure BDA00030713804300001310
和
Figure BDA00030713804300001311
分别为t时刻节点i所连ESS的最大充放电功率，
Figure BDA00030713804300001312
和
Figure BDA00030713804300001313
分别为初始和最终时刻节点i所连ESS的荷电状态(State of charge,SOC)，
Figure BDA00030713804300001314
为t时刻节点i所连ESS的荷电状态，
Figure BDA00030713804300001315
和
Figure BDA00030713804300001316
分别为节点i所连ESS的充放电效率，
Figure BDA00030713804300001317
为节点i所连ESS的容量，
Figure BDA00030713804300001318
和
Figure BDA00030713804300001319
分别为荷电状态下限和上限。
SVC运行约束：
Figure BDA00030713804300001320
式中，
Figure BDA00030713804300001321
和
Figure BDA00030713804300001322
分别为SVC出力的最小值和最大值。
约束条件还包括网络潮流约束和运行安全约束，如下所示：
Figure BDA00030713804300001323
Figure BDA00030713804300001324
Figure BDA00030713804300001325
Figure BDA0003071380430000141
Figure BDA0003071380430000142
||[2Pij,t 2Qij,t I′ij,t-U′i,t]T||2≤I′ij,t+U′i,t (24)
Figure BDA0003071380430000143
Figure BDA0003071380430000144
式中，Pij,t和Qij,t分别为t时刻支路ij的有功和无功功率，rij和xij分别为支路ij的电阻和电抗，
Figure BDA0003071380430000145
和U′i,t分别为t时刻节点i的有功、无功功率和电压幅值的平方，Umin和Umax分别为节点电压最小值和最大值，Iij,max为支路ij的电流最大值。
③、引入不确定变量，将上述确定性模型转换为以矩阵形式表示的两阶段鲁棒模型，如下所示：
Figure BDA0003071380430000146
其中，x、y和u分别为第一阶段变量、第二阶段变量和不确定变量，分别如下所示：
Figure BDA0003071380430000151
Figure BDA0003071380430000152
Figure BDA0003071380430000153
式中，不确定变量为节点有功负荷、风电和光伏发电的有功功率出力。
④、采用列与约束生成算法将两阶段鲁棒模型分解为主问题和子问题，迭代求解得到最优值。
⑤、i＝i+1，返回步骤一，直至所有端口数组合方案优化完毕。
图11为本发明实施例光伏发电运行容量曲线图，横纵坐标分别为光伏发电的无功和有功功率，该曲线图表示功率关系如下式所示。
Figure BDA0003071380430000154
图12为本发明实施例风力发电运行容量曲线图，横纵坐标分别为风力发电的无功和有功功率，坐标轴左侧为发电机定子电流极限曲线，坐标轴右侧为发电机转子电力极限曲线，两者共同构成了风电有功和无功功率的非线性关系，为了简便处理，选择了5个特征点将其线性化，公式如下所示。
Figure BDA0003071380430000155
图13a至13d四副图为本发明实施例各端口数组合方案下柔性多状态开关接入位置及连接电缆走向结果图，各方案的结果说明如下：
图13a为端口数组合方案1的结果图，其中，FMS安装位置为Street5和Avenue6的交点，接入节点为节点22和节点17，FMS安装位置到接入节点的电缆走向分别为22-b6-FMS和17-16-b7-FMS，长度分别为1450m和1200m，合计2650m；
图13b为端口数组合方案2的结果图，其中，FMS安装位置为b5点向东500m，接入节点为节点6、节点17和节点5，FMS安装位置到接入节点的电缆走向分别为6-b5-FMS、17-16-b7-FMS和5-6-b5-FMS，长度分别为750m、1500m和1300m，合计3550m；
图13c为端口数组合方案3的结果图，其中，FMS安装位置为Street5和Avenue6的交点向南100m，接入节点为节点22、15、6和14，FMS安装位置到接入节点的电缆走向分别为22-b6-FMS、15-16-b7-FMS、6-b5-FMS和14-15-16-b7-FMS，长度分别为1500m、900m、1200m和1500m，合计5100m；
图13d为端口数组合方案4的结果图，其中，FMS1安装位置为Street5和Avenue6的交点，FMS1接入节点为节点22和节点17，FMS1安装位置到接入节点的电缆走向分别为22-b6-FMS和17-16-b7-FMS，长度分别为1400m和1200m，合计2600m；FMS2安装位置为b5向东700m，FMS2接入节点为节点5和节点15，FMS2安装位置到接入节点的电缆走向分别为5-6-b5-FMS和15-16-b7-FMS，长度分别为1500m和1150m，合计2650m，电缆长度总计5250m。
为实现上述目的，本发明还提出一种设备，所述设备包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行柔性多状态开关两阶段鲁棒规划程序，所述柔性多状态开关两阶段鲁棒规划程序被所述处理器执行时实现如上所述的柔性多状态开关两阶段鲁棒规划方法的步骤。
为实现上述目的，本发明还提出一种存储介质，所述存储介质上存储有柔性多状态开关两阶段鲁棒规划程序，所述柔性多状态开关两阶段鲁棒规划程序被处理器执行时实现如上所述的柔性多状态开关两阶段鲁棒规划方法的步骤。
参照图7，为实现上述目的，本发明还提出一种柔性多状态开关两阶段鲁棒规划装置，所述柔性多状态开关两阶段鲁棒规划装置包括：
获取模块100，用于获取待接入柔性多状态开关的主动配电网的覆盖面积和单个柔性多状态开关的最大供电覆盖面积；
最大接入个数计算模块200，用于根据所述主动配电网的覆盖面积和单个柔性多状态开关的最大供电覆盖面积确定柔性多状态开关在该配电网中的最大接入个数；
组合方案确认模块300，用于获取配电网中的馈线数量，根据所述馈线数量及柔性多状态开关的最大接入个数确定馈线的接入端口数组合方案；
规划模块400，用于根据接入端口数组合方案，结合两层规划法对节点的综合灵敏度以及连接电缆在路网中的敷设走向，确定每个柔性多状态开关的接入节点和安装位置；
优化模块500，用于根据新能源发电出力和负荷出力的不确定性，优化求解各端口数组合方案中柔性多状态开关的容量的两阶鲁棒模型。
本发明通过根据待接入柔性多状态开关的主动配电网的覆盖面积和单个柔性多状态开关的最大供电覆盖面积，确定柔性多状态开关在该配电网中的最大接入个数；再通过配电网中的馈线数量及柔性多状态开关的最大接入个数确定馈线的接入端口数组合方案，结合两层规划法对节点的综合灵敏度以及连接电缆在路网中的敷设走向，确定每个柔性多状态开关的接入节点和安装位置。最后根据新能源发电出力和负荷出力的不确定性，优化求解各端口数组合方案中柔性多状态开关的容量的两阶鲁棒模型。由于本发明技术方案考虑新能源波动的主动配电网混合路网中的柔性多状态开关两阶段鲁棒规划方法，综合考虑主动配电网和路网结构，考虑新能源出力和负荷出力的不确定性波动，综合配置规划柔性多状态开关的接入个数、端口数、接入节点、安装位置、连接电缆走向以及容量，提升了柔性多状态开关调控功率能力及实用性。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。词语第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序，可将这些词解释为名称。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种柔性多状态开关两阶段鲁棒规划方法，其特征在于，所述柔性多状态开关两阶段鲁棒规划方法包括：
获取待接入柔性多状态开关的主动配电网的覆盖面积和单个柔性多状态开关的最大供电覆盖面积；
根据所述主动配电网的覆盖面积和单个柔性多状态开关的最大供电覆盖面积确定柔性多状态开关在该配电网中的最大接入个数；
获取配电网中的馈线数量，根据所述馈线数量及柔性多状态开关的最大接入个数确定馈线的接入端口数组合方案；
根据接入端口数组合方案，结合两层规划法对节点的综合灵敏度以及连接电缆在路网中的敷设走向，确定每个柔性多状态开关的接入节点和安装位置；
根据新能源发电出力和负荷出力的不确定性，优化求解各端口数组合方案中柔性多状态开关的容量的两阶鲁棒模型。
2.如权利要求1所述的柔性多状态开关两阶段鲁棒规划方法，其特征在于，所述根据所述主动配电网的覆盖面积和单个柔性多状态开关的最大供电覆盖面积确定柔性多状态开关在该配电网中的最大接入个数，包括：
将主动配电网的覆盖面积除以单个柔性多状态开关的最大供电覆盖面积，将比值向下取整得到第一接入个数初值；
获取所述最大供电覆盖面积允许接入的最大个数，与所述第一接入个数初值进行比较，将较小的值作为最终的柔性多状态开关在该配电网中的最大接入个数。
3.如权利要求1所述的柔性多状态开关两阶段鲁棒规划方法，其特征在于，所述根据接入端口数组合方案，结合两层规划法对节点的综合灵敏度以及连接电缆在路网中的敷设走向，确定每个柔性多状态开关的接入节点和安装位置，包括：
计算接入端口数组合方案中每个柔性多状态开关的接入节点的有功损耗对有功功率的第一灵敏度，及节点电压对节点无功功率的第二灵敏度；
对第一灵敏度和第二灵敏度进行归一化得到节点综合灵敏度；
以节点综合灵敏度互补为原则，确定每种端口数组合方案下的接入节点组合；
针对每个接入节点组合，结合路网参数，计算每两个接入节点间的曼哈顿距离，当该曼哈顿距离大于两倍最长电缆长度时，去除该节点组合；
针对剩余接入节点组合，将接入节点至柔性多状态开关间的连接电缆分为柔性多状态开关待建区域外和区域内两部分；
针对区域外的电缆，构建最短路径问题，采用Floyd算法求解，确定柔性多状态开关的安装位置；针对区域内的电缆，构建以区域内电缆长度之和最小为目标的模型，确定柔性多状态开关的安装位置；
根据预设目标函数对柔性多状态开关的安装位置进行优化，确定每种端口数组合方案下的最优接入节点和安装位置。
4.如权利要求1所述的柔性多状态开关两阶段鲁棒规划方法，其特征在于，所述根据新能源发电出力和负荷出力的不确定性，优化求解各端口数组合方案中柔性多状态开关的容量的两阶鲁棒模型，包括：
获取新能源发电出力和负荷出力的网络参数；
根据网络参数构建确定性模型；
引入不确定变量，将所述确定性模型转换为以矩阵形式表示的两阶段鲁棒模型；
采用列与约束生成算法将两阶段鲁棒模型分解为主问题和子问题，迭代求解得到最优值。
5.一种设备，其特征在于，所述设备包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行柔性多状态开关两阶段鲁棒规划程序，所述柔性多状态开关两阶段鲁棒规划程序被所述处理器执行时实现如权利要求1至4中任一项所述的柔性多状态开关两阶段鲁棒规划方法的步骤。
6.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有柔性多状态开关两阶段鲁棒规划程序，所述柔性多状态开关两阶段鲁棒规划程序被处理器执行时实现如权利要求1至4中任一项所述的柔性多状态开关两阶段鲁棒规划方法的步骤。
7.一种柔性多状态开关两阶段鲁棒规划装置，其特征在于，所述柔性多状态开关两阶段鲁棒规划装置包括：
获取模块，用于获取待接入柔性多状态开关的主动配电网的覆盖面积和单个柔性多状态开关的最大供电覆盖面积；
最大接入个数计算模块，用于根据所述主动配电网的覆盖面积和单个柔性多状态开关的最大供电覆盖面积确定柔性多状态开关在该配电网中的最大接入个数；
组合方案确认模块，用于获取配电网中的馈线数量，根据所述馈线数量及柔性多状态开关的最大接入个数确定馈线的接入端口数组合方案；
规划模块，用于根据接入端口数组合方案，结合两层规划法对节点的综合灵敏度以及连接电缆在路网中的敷设走向，确定每个柔性多状态开关的接入节点和安装位置；
优化模块，用于根据新能源发电出力和负荷出力的不确定性，优化求解各端口数组合方案中柔性多状态开关的容量的两阶鲁棒模型。
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